Limited availability of proton irradiators optimized for high-dose-rate studies makes the preclinical research of proton FLASH therapy challenging. We assembled two proton irradiation platforms that are capable of delivering therapeutic doses to thin biological samples at dose rates equal to and above 100 Gy/s. We optimized and tested dosimetry protocols to assure accurate dose delivery regardless of the instantaneous dose rate. The simplicity of the experimental setups and availability of custom-designed sample holders allows these irradiation platforms to be easily adjusted to accommodate different types of samples, including cell monolayers, 3D tissue models and small animals. We have also fabricated a microfluidic flow-through device for irradiations of biological samples in suspension. We present one example of a measurement with accompanying preliminary results for each of the irradiation platforms. One irradiator was used to study the role of proton dose rate on cell survival for three cancer cell lines, while the other was used to investigate the depletion of oxygen from an aqueous solution by water radiolysis using short intense proton pulses. No dose-rate-dependent variation was observed between the survival fractions of cancer cells irradiated at dose rates of 0.1, 10 and 100 Gy/s up to 10 Gy. On the other hand, irradiations of Fricke solution at 1,000 Gy/s indicated full depletion of oxygen after proton doses of 107 Gy and 56 Gy for samples equilibrated with 21% and 4% oxygen, respectively.

为高剂量率研究而优化的质子辐照器的可用性有限，使得质子FLASH治疗的临床前研究具有挑战性。我们组装了两个质子辐照平台，它们能够以等于或高于100 Gy / s的剂量率向薄的生物样品提供治疗剂量。我们优化并测试了剂量学方案，以确保无论瞬时剂量率如何，都能准确地递送剂量。实验设置的简单性和定制设计的样品架的可用性使这些辐照平台易于调整以适应不同类型的样品，包括细胞单层，3D组织模型和小型动物。我们还制造了一种微流体流通装置，用于照射悬浮液中的生物样品。我们提供了一个测量示例，并附带了每个辐照平台的初步结果。一个辐照器用于研究质子剂量率对三种癌细胞系细胞存活的作用，而另一个辐照器用于研究使用短时强质子脉冲通过水辐解从水溶液中耗竭的氧气。在以0.1、10和100 Gy / s至10 Gy的剂量率照射的癌细胞的存活分数之间未观察到剂量率依赖性变化。另一方面，以107 Gy / s和56 Gy的质子剂量分别用21％和4％的氧气平衡后，以1,000 Gy / s的Fricke溶液辐照表明氧完全耗尽。一个辐照器用于研究质子剂量率对三种癌细胞系细胞存活的作用，而另一个辐照器用于研究使用短时强质子脉冲通过水辐解从水溶液中耗竭的氧气。在以0.1、10和100 Gy / s至10 Gy的剂量率照射的癌细胞的存活分数之间未观察到剂量率依赖性变化。另一方面，以107 Gy / s和56 Gy的质子剂量分别用21％和4％的氧气平衡后，以1,000 Gy / s的Fricke溶液辐照表明氧完全耗尽。一个辐照器用于研究质子剂量率对三种癌细胞系细胞存活的作用，而另一个辐照器用于研究使用短时强质子脉冲通过水辐解从水溶液中耗竭的氧气。在以0.1、10和100 Gy / s至10 Gy的剂量率照射的癌细胞的存活分数之间未观察到剂量率依赖性变化。另一方面，以107 Gy / s和56 Gy的质子剂量分别用21％和4％的氧气平衡后，以1,000 Gy / s的Fricke溶液辐照表明氧完全耗尽。在以0.1、10和100 Gy / s至10 Gy的剂量率照射的癌细胞的存活分数之间未观察到剂量率依赖性变化。另一方面，以107 Gy / s和56 Gy的质子剂量分别用21％和4％的氧气平衡后，以1,000 Gy / s的Fricke溶液辐照表明氧完全耗尽。在以0.1、10和100 Gy / s至10 Gy的剂量率照射的癌细胞的存活分数之间未观察到剂量率依赖性变化。另一方面，以107 Gy / s和56 Gy的质子剂量分别用21％和4％的氧气平衡后，以1,000 Gy / s的Fricke溶液辐照表明氧完全耗尽。